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隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合正在逐步應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程控制方式是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。

電動(dòng)機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最典型，最廣泛的執(zhí)行器件。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)速特性、簡(jiǎn)單的控制功能、較高的效率和優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，廣泛應(yīng)用在各種調(diào)速控制中。在各種直流電機(jī)調(diào)速方法中，脈沖寬度調(diào)制（pulsewidthmodulation―pwm）因其需要的大功率可控器件少、線路簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍寬、電流波形系數(shù)好、附加損耗小、功率因數(shù)高，從而得到廣泛應(yīng)用。pwm是指將輸出信號(hào)的基本周期固定，通過調(diào)整基本周期內(nèi)的工作周期的大小來(lái)控制輸出電壓，從而調(diào)整直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

本設(shè)計(jì)采用了飛利浦半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的基于a呢內(nèi)核的微處理器lpc2210和以太網(wǎng)控制芯片rtl8019as，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流永磁電機(jī)的pwm遠(yuǎn)程調(diào)速控制。本文將詳細(xì)介紹lpc2210與rtl8019as的接口電路，以及直流電機(jī)的控制電路以及軟件編程。

2硬件設(shè)計(jì)lpc2210是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的款芯片內(nèi)部沒有片內(nèi)flash只帶16kb的片內(nèi)ram，不能滿足需要，所以在lpc2210外部存儲(chǔ)器接口的banko上擴(kuò)展了一片2m字節(jié)的nor flash，在bankl上擴(kuò)展了一片512k字節(jié)的psram.這款芯片內(nèi)部不帶網(wǎng)絡(luò)控制器，還需要在外部存儲(chǔ)器接口上擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as.電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選用sgs公司的l298n，其內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，即內(nèi)涵二個(gè)h橋的高電壓大電流雙全橋驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46v，2a以下的電機(jī)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如所。

崗流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)1網(wǎng)絡(luò)控制器與lpc2210的接口設(shè)計(jì)rtl8019as是由realtek公司生產(chǎn)的一種高度集成的以太網(wǎng)控制器，它實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)媒介訪問層（mac）和物理層（phy）的全部功能。在芯片內(nèi)部集成了dma控制器、isa總線控制器、16ksram和網(wǎng)絡(luò)phy收發(fā)器。程序員可以通過dma方式把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入sram中，讓芯片自動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；而芯片在接收到數(shù)據(jù)后，程序員也可以通過dma方式將其讀出。在全雙工模式下可以實(shí)行同時(shí)接收和發(fā)送。所以采用rtl8019as芯片作為網(wǎng)絡(luò)控制器是一個(gè)很好的選擇。網(wǎng)絡(luò)接口的原理圖如所示。

網(wǎng)絡(luò)接口原理圖理器的接口原理圖中，網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as芯片工作在跳線模式，其基地址為0x0300，所以電路均接地，sa9接電源，sa8與地址總線的a22連接，sa5與lpc2210單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器接口bank3片選cs3連接，當(dāng)sa8為1，sa5為0時(shí)，選中rtl8019as芯片，其操作地址為0x83400000~0x8340001f.由于lpc2210單片機(jī)是總線開放型的微控制器。所以電路設(shè)計(jì)是以16位總線方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as進(jìn)行訪問的，即lpc2210單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線d0~d15與網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as的sd0~sd15連接，由于網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as的工作電源是5v，而lpc2210單片機(jī)的i/o電壓是3.3v，所以總線上串接470的保護(hù)電阻。

22電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)微處理器lpc2210的脈寬調(diào)制器pwm是建立在標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器0八之上的，可實(shí)現(xiàn)6個(gè)單邊沿控制或3個(gè)雙邊沿控制pwm輸出，或這兩種類型混一個(gè)匹配寄存器（pwmmr0~pwmmr6）控制pwm邊沿的位置。當(dāng)單邊沿控制時(shí)，pwmmr0匹配時(shí)輸出上升沿，與另一個(gè)匹配寄存器匹配時(shí)輸出下降沿。本設(shè)計(jì)控制一個(gè)直流電機(jī)，僅需要兩路pwm輸出，實(shí)際中選用了pwm5 21）和pwm6（p0.9）。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在微處理器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大電路之間用了光電耦合器（tlp521），實(shí)現(xiàn)電氣隔離。

放大微處理器輸出信號(hào)采用的是專用集成電路l298n.其內(nèi)部集成了2個(gè)h橋以及橋臂上開關(guān)管的推動(dòng)電路、防止橋臂直通的控制邏輯電路，接收標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)。l298n有兩個(gè)相同的模塊，每個(gè)模塊有3個(gè)控制輸入端：一個(gè)使能端和兩個(gè)方向控制端。3個(gè)輸入端的控制電平與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系如表1所示。其中h表示高電平，l表示低電平，x表示高電平或低電平。

表1 l298n控制信號(hào)與直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的關(guān)系表電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)快速停止自由停止測(cè)量電機(jī)速度選用的是增量式光電編碼器，通過對(duì)光電編碼器輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將所得數(shù)據(jù)直接送給為處理器處理，無(wú)需a/d轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了電路。由于微處理器lpc2210無(wú)外部事件計(jì)數(shù)器，對(duì)外部時(shí)間計(jì)數(shù)需用外部中斷或者定時(shí)器捕獲功能，本設(shè)計(jì)中，使用了外部中斷3（p0.20），光電編碼器的輸出信號(hào)經(jīng)過施密斯觸發(fā)器整形之后，直接接到微處理器lpc2210的p0.20口?？刂齐娐吩韴D如所示。

控制電路原理軟件設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as與控制計(jì)算機(jī)之間的通信采用的是tcpp協(xié)議，可以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤的傳送。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的過程中把微控制器lpc2210作為服務(wù)器，pc機(jī)作為客戶機(jī)。pc機(jī)發(fā)送指令，微控制器lpc2210通過以太網(wǎng)接收到指令，并根據(jù)指令控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。因此，根據(jù)實(shí)際需要采用多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)管理微處理器，并且要有基于此操作系統(tǒng)的tcpp協(xié)議棧。本設(shè)計(jì)，在微處理器上的軟件平臺(tái)采用了源代碼開放的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uc/os―和周立功公司的tcp/ip協(xié)議棧zlgp.uc/os―是一個(gè)完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，是針對(duì)嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，而且，在設(shè)計(jì)之初就充分考慮到了它的可移植性，它的大部分源代碼都是用可移植的ansic編寫的。zlg/ip是周立功公司開發(fā)的基于uc/os―的小型tcpp協(xié)議棧，它使用uc/os―實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的信號(hào)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)多任務(wù)并行并可重入的協(xié)議棧。zlg/ip還具有層次清晰，易于升級(jí)和修改等特點(diǎn)，帶有socketapi接口函數(shù)，很方便使用者進(jìn)行應(yīng)用層功能的開發(fā)。

本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下基本功能：微處理器接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)過來(lái)的數(shù)據(jù)，判別是參數(shù)還是指令，加以處理并做出相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，計(jì)算直流電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，并把當(dāng)前轉(zhuǎn)速發(fā)給控制計(jì)算機(jī)，用于顯示。根據(jù)指令，微處理器執(zhí)行不同的算法，計(jì)算出pwm占空比，用以調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為此，在uc/os―操作系統(tǒng)中，編寫了以下任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)基本功能：，初始化使用到的各個(gè)寄存器和變量，并創(chuàng)建各個(gè)任務(wù)。

的socketapi函數(shù)，接收控制計(jì)算機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，判別指令，同時(shí)把控制計(jì)算機(jī)需要的數(shù)據(jù)發(fā)送回去。

機(jī)選用的控制算法，實(shí)時(shí)計(jì)算pwm波的占空比。

個(gè)途徑：全局變量和發(fā)消息給另一個(gè)任務(wù)。本系統(tǒng)中，筆者對(duì)一些判斷標(biāo)志使用了全局變量，而對(duì)其他使用了消息郵箱。

下面是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的兩個(gè)任務(wù)的主要程序://電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)志，全局變量os-event //定義傳遞新占空比的郵箱//通過消息郵箱等待占空比數(shù)據(jù)到來(lái)if（dirbbbbbb-key==0）//判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向pwmmr6=msg；//使能新的占空比//計(jì)算新占空比任務(wù)pdatpdata //延時(shí)//判斷標(biāo)志，選擇算法//通過郵箱發(fā)送新的占空比+完成。visualc++提供了一個(gè)casyncsocket類可實(shí)現(xiàn)socket網(wǎng)絡(luò)編程。本設(shè)計(jì)中，控制計(jì)算機(jī)和微處理器的數(shù)據(jù)交換都是調(diào)用該異步socket類完成的。由于visualc++操作簡(jiǎn)單功能強(qiáng)大，其他操作，如數(shù)據(jù)處理，曲線顯示等也由visualc++完成。

4結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)充分利用微處理器lpc2210和網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as提供的各種功能，以u(píng)c/os―和zlg/ip為基礎(chǔ)，成功的實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流永磁電機(jī)的遠(yuǎn)程控制，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于arm微處理器，功能齊全、控制靈活的直流電機(jī)以太網(wǎng)控制器，并在實(shí)踐中得到了應(yīng)用。這種單片機(jī)技術(shù)與tcp/ip網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合是未來(lái)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的一大方向，也是未來(lái)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)之一。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用arm微處理器lpc2210和網(wǎng)絡(luò)控制器rtl8019as實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)的以太網(wǎng)控制。首先以u(píng)c/os―和zlg/ip為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了微處理器與遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)的直接通信，然后利用了lpc2210的脈寬調(diào)制器pwm，設(shè)計(jì)了硬件電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小型直流電機(jī)的調(diào)速控制。